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May 29, 2024

Detecção precoce do câncer de pulmão usando inteligência artificial

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13702 (2023) Citar este artigo 498 Acessos 5 Detalhes da Altmetric Metrics A estrutura da cromatina supranucleossômica, incluindo a conformação do domínio da cromatina, é

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13702 (2023) Citar este artigo

498 Acessos

5 Altmétrico

Detalhes das métricas

A estrutura supranucleossômica da cromatina, incluindo a conformação do domínio da cromatina, está envolvida na regulação da expressão gênica e sua desregulação tem sido associada à carcinogênese. Estudos anteriores demonstraram que as células da mucosa bucal carregam uma assinatura molecular de câncer de pulmão entre a população fumante de cigarros, fenômeno conhecido como carcinogênese de campo ou campo de lesão. Assim, levantamos a hipótese de que alterações estruturais da cromatina na mucosa bucal podem ser preditivas de câncer de pulmão. No entanto, o pequeno tamanho da cadeia da cromatina (aproximadamente 20 nm) dobrada em domínios de empacotamento da cromatina, normalmente abaixo de 300 nm de diâmetro, impede a detecção de alterações na conformação da cromatina intradomínio usando microscopia óptica limitada por difração. Neste estudo, desenvolvemos uma técnica de nanosensing estatístico espectroscópico óptico para detectar alterações no domínio de empacotamento da cromatina na mucosa bucal como um biomarcador de câncer de pulmão: microscopia espectroscópica de onda parcial sensível à cromatina (csPWS). A inteligência artificial (IA) foi aplicada às medições do csPWS de alterações da cromatina para melhorar o desempenho diagnóstico. Nossa nanocitologia csPWS bucal aprimorada por IA de 179 pacientes em dois centros clínicos distinguiu câncer de pulmão em estágio I versus controles livres de câncer com uma área sob a curva ROC (AUC) de 0,92 ± 0,06 para o local 1 (localização no estado) e 0,82 ± 0,11 para Local 2 (localização fora do estado).

Os testes de rastreio do cancro devem, idealmente, identificar o cancro antes do aparecimento dos sintomas e enquanto o tumor é pequeno, a fim de aumentar eficazmente as hipóteses de tratamento e reduzir a mortalidade. O câncer de pulmão é a principal causa de mortes por câncer em todas as raças e gêneros nos EUA, com uma taxa de sobrevivência geral em 5 anos de 22,9%, que é notavelmente inferior à dos cânceres colorretal (65,1%), de mama (90,6%) e de próstata (96,8%). )1. No entanto, se o cancro do pulmão for detectado numa fase inicial, é altamente curável através de ressecção cirúrgica. A taxa de sobrevivência de 5 anos para câncer de pulmão não pequeno (NSLC) em estágio avançado (distante) é inferior a 8%, mas melhora para 64% se detectado em estágio localizado e atinge 80% se detectado no estágio IA2. A tomografia computadorizada de baixa dose (TCBD) foi estabelecida como padrão ouro para rastreamento de câncer de pulmão e está associada a uma redução de 20% na mortalidade entre os pacientes rastreados com a técnica. A acessibilidade, o custo, o estigma e a falta de adesão às diretrizes do LDCT estão entre os principais desafios que limitam o seu impacto, uma vez que apenas cerca de 5% da população elegível para o LDCT é submetida ao rastreio3, resultando na deteção de 55% dos casos de cancro do pulmão numa fase avançada onde a taxa de sobrevivência é inferior a 8%4. Portanto, propomos um teste de triagem minimamente invasivo, acessível, sensível e preciso, com alta sensibilidade (Se) para câncer de pulmão em estágio inicial.

Outros métodos de triagem além da TCBD, como radiografias de tórax e citologia de escarro, mostraram-se insatisfatórios quando avaliados em ambientes de triagem clínica em larga escala5. Novos métodos baseados em biomarcadores proteicos padrão utilizados para a detecção de câncer não fornecem sensibilidade e especificidade (Sp) suficientes6. Recentemente, tem havido um interesse significativo no desenvolvimento de protocolos que dependem de secreções tumorais no sangue, como a biópsia líquida. Testes desenvolvidos por empresas como Grail, Freenome, Guardant, Delfi e Thrive identificam o câncer analisando o DNA tumoral circulante (ctDNA) ou as propriedades do DNA livre circulante derivado do tumor (cfDNA), como mutações genéticas, metilação e fragmentação7,8,9 ,10,11. Embora os resultados iniciais tenham se mostrado promissores na detecção de vários tipos de câncer, incluindo o câncer de pulmão, a sensibilidade ao estágio I e lesões menores cai vertiginosamente abaixo de um nível clinicamente aceitável. Foi sugerido que esta não é principalmente uma limitação tecnológica, mas pode estar relacionada com a biologia da fonte e do tipo de biomarcador. Lesões menores secretam menos ctDNA tumoral (~ 1 ctDNA/10 mL de sangue), enquanto a heterogeneidade tumoral só pode ser modelada através de muitos biomarcadores de subprodutos tumorais, o que torna difícil encontrar as quantidades necessárias de ctDNA em uma amostra de sangue clinicamente prática12. Por exemplo, a sensibilidade geral do teste de detecção precoce de múltiplos cânceres (MCED) do Graal cai de 90,1% [intervalo de confiança (IC) de 95% 87,5–92,2%)] em pacientes em estágio IV para 16,8% [IC 95% 14,5– 19,5%] em pacientes em estágio I13. A biópsia líquida pode ser uma ferramenta poderosa para cânceres não rastreáveis ​​(pâncreas, etc.), mas para cânceres com protocolos de rastreamento estabelecidos, como colorretal e pulmonar, métodos para detectar lesões em estágio inicial altamente tratáveis ​​ainda são urgentemente necessários. Para abordar estas questões e desenvolver um teste de rastreio eficaz para o cancro do pulmão, optimizámos três aspectos cruciais: (1) fonte do biomarcador, (2) tipo de biomarcador e (3) tecnologia facilitadora.